Évaluation des effets des nanotubes de carbone sur le comportement d'un modèle cellulaire émergent : Physarum polycephalum

Evaluation of the effects of carbon nanotubes on the behavior of an emerging cellular model : Physarum polycephalum

• Auteur / Autrice : Manon Ternois
• Direction : Audrey Dussutour, Emmanuel Flahaut
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie, biodiversité et évolution
• Date : Soutenance le 25/09/2023
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherches sur la Cognition Animale (Toulouse ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Noélie Davezac
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Audrey Dussutour, Emmanuel Flahaut, Catherine Santaella, Anna Bencsik, Mélanie Auffan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Santaella, Anna Bencsik

Mots clés

Mots clés contrôlés

Toxicologie

Matériaux

Physarum polycephalum

Nanotubes

Mots clés libres

Nanotubes de carbone

Physarum polycephalum

Cytotoxicité

Comportement

Combinaison de stress

Carbon nanotubes

Physarum polycephalum

Cytotoxicity

Behavior

Stress combination

Résumé

Les nanotubes de carbone (NTC) sont des nanomatériaux carbonés dont le développement industriel a atteint un stade de maturité qui permet leur utilisation dans de nombreuses applications de la vie courante (matériaux composites, revêtements, stockage d'énergie, biomédical, etc.). Ils sont une source de préoccupation pour la santé humaine et environnementale car ils peuvent être disséminés dans l'environnement à chacune des étapes de leur cycle de vie (production, utilisation et fin de vie de produits finis). Même si les études consacrées à leur impact potentiel sur la santé et l'environnement ont débuté il y a une quinzaine d'années, de nombreuses questions restent en suspens. L'objectif de cette thèse, est d'évaluer les effets des NTC (nous avons travaillé ici avec des NTC à double-paroi (DWCNT) en tant que représentants de l'ensemble des différents types de NTC) sur un modèle cellulaire émergent, à l'interface de la toxicologie environnementale et de la toxicologie cellulaire : le myxomycète Physarum polycephalum. D'une part, P. polycephalum vit principalement dans la litière du sol, un milieu réceptacle et concentrateur de pollution, où il occupe une place essentielle dans l'écosystème en participant activement au recyclage de la matière organique. D'autre part, la simplicité d'organisation de P. polycephalum (unicellulaire eucaryote) nous a permis d'évaluer l'internalisation et la bioaccumulation des NTC au sein de la cellule. Finalement, la complexité comportementale (résolution de problèmes et adaptation de leur comportement face aux hétérogénéités de l'environnement) de P. polycephalum nous a permis de mesurer les effets des NTC sur différentes variables comportementales telles que la vitesse de déplacement et la prise de décision. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence une internalisation des NTC dans la cellule, une absence de bioaccumulation, et une élimination rapide. Nous avons ensuite démontré que les NTC induisent des effets variables sur le comportement de P. polycephalum (vitesse ralentie ou accélérée, prise de décision optimale ou non-optimale), qui diffèrent selon la souche utilisée, la durée d'exposition, la concentration d'exposition, et le substrat utilisé. En combinant l'exposition aux NTC à d'autres facteurs de stress (composé aversif, vieillissement, température), nous avons observé une réponse comportementale qui demeure extrêmement variable. Ces travaux révèlent que les NTC ont des effets modérés et difficilement quantifiables sur la réponse comportementale de P. polycephalum. Par la suite, il sera intéressant d'examiner les effets NTC sur la réponse physiologique et moléculaire de cet organisme.

Carbon nanotubes (CNTs) are carbon nanomaterials with industrial development having reached a stage of maturity enabling them to be used in many everyday applications (composite materials, coatings, energy storage, biomedical, etc.). They are a source of concern for human and environmental health because they can be released into the environment at each stage of their life cycle (production, use and end-of-life of finished products). Even though studies relating to their potential impact on health and the environment started some fifteen years ago, many questions remain unanswered. The aim of this thesis is to assess the effects of CNTs (we used double-walled CNTs (DWCNTs) as representatives of all the different types of CNTs) on an emerging cellular model at the interface between environmental toxicology and cellular toxicology: the myxomycete Physarum polycephalum. On the one hand, P. polycephalum lives mainly in soil litter, a medium that receives and concentrates pollution, where it plays an essential role in the ecosystem by actively participating in the recycling of organic matter. In addition, the simple organization of P. polycephalum (a unicellular eukaryote) enabled us to assess the internalization and bioaccumulation of CNTs within the cell. Finally, the behavioral complexity of P. polycephalum (problem solving and adaptation of their behavior to environmental diversity) enabled us to measure the effects of CNTs on different behavioral variables such as migration speed and decision making. We first demonstrated that CNTs are internalized in the cell, do not bioaccumulate and are rapidly excreted. We then demonstrated that CNTs induce variable effects on the behavior of P. polycephalum (slowed or accelerated speed, optimal or non-optimal decision-making), which differ depending on the strain used, the duration of exposure, the exposure concentration and the substrate used. By combining exposure to CNT with other stress factors (aversive compound, ageing, temperature), we observed a behavioral response that remains extremely variable. This work shows that CNTs have moderate and difficult-to-quantify effects on the behavioral response of P. polycephalum. In the future, it will be interesting to examine the effects of CNTs on the physiological and molecular response of this organism.